数字地震台网对不同区域地震事件的震中定位研究

陈贵美,刘 锦,刘 军,边鹏飞

(1.广东省地震局,广州 510070;

2.河北省地震局,石家庄 050022)

数字地震台网对不同区域地震事件的震中定位研究

陈贵美1,刘 锦1,刘 军1,边鹏飞2

(1.广东省地震局,广州 510070;

2.河北省地震局,石家庄 050022)

应用广东数字遥测地震台网数据,通过对广东省周边50km以外的62次地震重新定位,对比研究广东数字遥测地震台网数据处理软件提供的几种地震定位程序,初步认为:中国东南部、西北部地区及国外距广东地区较近的位于中国东南方向的印尼、日本等地区的地震,3种定位方法均可对其进行定位;而分布在国外较远地区的地震,用 Hyposat及locSAT定位程序尚可,且locSAT优于 Hyposat定位程序,而单纯型定位程序几乎不能用。

地震定位;程序;地震数据处理;数字化地震台网

0 引言

地震台网的主要任务之一是测定地震震源位置(这里指空间坐标和发震时刻)和震级。而精确可靠的震源位置和震级数据是地震学和地球内部物理学研究的重要基础数据,又是多种地震预报方法的基础数据。因此,不断增强地震台网的地震定位能力是提高地震研究水平的重要环节之一[1]。广东数字地震台网自2000年1月正式投入运行以来,观测能力不断增强、计算机定位能力不断提高,“九五”计划的数字化地震台网共建成16个数字遥测地震台。其中短周期地震观测仪10个,宽带地震观测仪5个,甚宽带地震观测仪1个,每个子台3个测向。远震地震参数测定方面,使用单台定位法、单纯型法及自适应演算法程序定位;广东数字遥测地震台网“十五"测震项目台于2007年2月底基本完成设备安装调试,5月底完成试运行,6月1日起“十五”台网开始考核试运行,10月通过中国地震局验收。广东数字遥测地震台网是在“十五"地震台网的基础上进行改造的,并做了必要的调整以使台网的布局更加符合地震观测的需要;“十五”建成后的广东数字遥测地震台网有44个子台,其中,宽带地震观测台43个,甚宽带地震观测台1个,宽带地震观测台每个子台3个分向;甚宽带地震观测台的子台是6个分向,与“九五”相比,大大提高了监控及观测水平[2]。

然而,当地震的震中距超过10°时,整个台网相对于震中来说,几乎只相当于一个点,因此对于地震定位来说是相当困难的[3]。基于此,为提高台网远震定位精度,提高地震台网的地震定位能力(指可定位的空间范围、震级范围、测定地震位置的及时性(速报)),现今,比较统一的认识是建设一个具有足够多个台站并且布局合理的地震台网[4]。为此,广东台网接入了台湾及周边几个省网的共49个台(台湾8个台、海南6个台、广西12个台、湖南4个台、福建11个台和江西8个台)的数据,与广东台网一起参与地震定位(见图1)。定位程序采用“十五”测震软件JOPENS系统,该系统远震定位程序主要采用单台定位法(本文不研究此法)、单纯型法、Hyposat及locSAT几种定位方法,看几种定位方法定位远震的情况。

1 资料来源与选取

选用广东“十五”数字地震台网2007.6～2008.6试运行期间记录到的广东省周边50km以外(国内外)不同区域的较强且较为清晰的62次地震,用数字台网的几种定位软件,对其进行重新交互分析,并将其结果与中国地震局《震情》(以下简称《震情》)返回参数做比较,分析其定位情况。

图1 广东地震台网台站分布图

2 几种地震定位程序的定位方法及特点

广东数字遥测地震台网数据处理软件提供的可定位远震的地震定位程序主要有4个,各定位程序均要求正确判读震相。

单台定位,利用偏振分析,用三分向 P波的一段数据计算方位角,再用S-P来定震中距。

单纯形搜索法,利用数学的单纯型搜索极值的方法,搜索残差最小的位置,也就是震中。远震和近震都可使用(近震较好),一般不能得到可靠深度,没有定位误差表示,这种方法在极值附近会收敛比较慢,适合少参数的函数定位。但存在一个问题是对初始位置某些时候会敏感,特别是没有S波的定位。

Hyposat,通用定位程序,近远震都可用,能给出反演深度,或固定深度反演。全球模型可选iasp91,ak135等。

LocSAT,通用定位程序,用于速报定位,速度快,近远震都可用,能给出反演深度,或固定深度反演。全球模型为aspi91。

3 使用不同地震定位程序定位不同区域的结果分析

从图2来看,本次收录的地震主要分布在中国东南部(包括台湾、东海、菲律宾及福建),中国西北部的四川、西藏、新疆等,印尼、日本等地区,本文将按不同区域地震的几种定位效果分别进行讨论。

图22007 .6～2008.6《震情》结果的62次地震的震中分布图

3.1 中国东南部(包括台湾、东海、菲律宾及福建)地区的地震定位

2007年6月～2008年5月,该地区共发生M≥4.0(福建)、M≥5.0级地震12次,其中包括台湾地震9次,东海、福建、菲律宾各1次。

广东台网记录台湾地震,震中距8°～15°为影区地震,P波和S波初始波形不清晰。记录到的P波和S波一般较弱;而对于台湾及福建台网来说是网内或网缘地震[5]。故记录以上地震,相对其它远震来说,该区记录较好,且布局较合理。用“十五”的广东台网子台及接入的其它台网的数据一起,用不同定位程序对12次地震进行重新定位,定位效果由表1可知,除单纯型、Hyposat定位各有1个地震大于1°外,其余全部小于1°。其中单纯型定位法<0.1°的有 9次 ,占 75%。

3.2 中国西北部的四川、西藏、新疆等的地震定位问题

在本文研究的时间范围内,该区共发生地震16次。广东台网记录这一地区的地震震相较为复杂,24°～27°的 S波分析困难(西藏地震);而接入邻省的广西、湖南台网记录到的震相相对好些。“十五”广东台网几乎都是宽带台,记录该区震相也比较好。定位情况见表2。

表1 中国东南部地区3种定位程序的震中结果对比表

表2 中国西部地区3种定位程序的震中结果对比表

从表2可知,该区的地震定位,用单纯型及 Hyposat定位程序,定位误差均小于2°,并且除了有1个定位误差大于1°外,其余的均小于1°;Hyposat定位程序的定位误差均小于1°。说明3种方法均可用于该区的定位。

3.3 印尼地区地震的定位

2007年6月～2008年6月,印尼地区共发生M≥6.0级地震19次,广东数字遥测地震台网也清晰地记录到这些地震。用台网几种地震定位程序进行重新定位,对定位效果比较如表3。

表3 印尼地区3种定位程序的震中结果对比表

由表3可知,对于印尼地震,离广东地区较近,加之接入了台湾地区及周边地区的台站,记录该区的地震比较好,定位效果也好。用单纯型定位法,定位误差小于1°的有5个,占26%,定位误差在1°～2°之间的有 8个 ,占 42%,定位误差在 2°～3°及 3°以外的各有3个,各占16%;Hyposat定位法定位误差小于 1°的有 6个 ,占 32%,定位误差在 1°～2°之间的有 8个 ,占 42%,定位误差在 2°～3°及 3°以外的有2个及3个,占10%及16%;LocSAT定位法定位误差小于1°的有5个,占26%,定位误差在1°～2°之间的有 7个 ,占 37%,定位误差在 2°～3°及 3°以外的各有3个及4个,占16%及21%。从以上分析对比可以看出:3种定位程序定位该地区的地震结果相差不大,其中定位误差在1°～2°之间的地震个数占的比例最多,其次是定位误差小于1°的地震,而定位误差在2°～3°及3°以外的地震占的较少。

3.4 日本及附近地区

本次研究的时间段内,该地区的地震较少,只收录了5个,主要是岛弧地区(千岛群岛、日本列岛)的深源地震,pP波和PP波,sS波和SS波记录异常,出现在其临界距离以内;远海地震的反射点在大陆结构地区,PP振幅突出。根据震相特征判断地震为浅源地震还是深源地震很重要。由表4知,这5次地震用3种定位方法结果均可,以locSAT最佳,只有1次 △P>1°,其余 △P<1°,单纯型法及 Hyposat法各有2次△P<1°,其余的大于1°。

表4 日本及附近地区3种定位程序的震中结果对比表

3.5 国外其它地区

2007年6月～2008年6月,广东台网记录到较远的地震10次,对这些地震,用locSAT及 Hyposat定位效果较好,从表5可看出,△P>2°的各有5次及4次,其余小于2°。单纯型法除了有1次小于1°外,其余震中偏差均较大,说明此方法不适于较远的地震定位。

表5 国外其它地区3种定位程序的震中结果对比表

4 结论与讨论

通过对2007年6月～2008年6月发生的62次远震地震进行重新分析研究、定位处理,初步认为:

(1)适合广东数字地震台网进行远震定位的程序

对于中国东南部 (包括台湾、东海、菲律宾及福建)地区、中国西北部的四川、西藏、新疆等的地震,3种定位程序均可用,其中以单纯型定位程序为最优;对于印尼及日本地区地震,3种定位程序也可用,而用 Hyposat及locSAT稍好;国外其他较远地方的地震,用locSAT定位法较好,其次是 Hyposat定位法,单纯型几乎不能用。

用locSAT及 Hyposat定位,只用P头定位时,P头清楚的且用台站较多的可靠性好。单纯型定位,P头不清楚时,可用偏振方法令地震定位效果更好些;用locSAT定位,台站多于10个台效果较好。

(2)地震发生在台网西、西北、西南的地震定位精度误差、残差比台网东、东北、东南的地震定位精度误差大些,由于地壳厚度、地下构造、地震波传播速度有差异,而定位程序给出的地壳模型、速度模型很难解决这一问题。

(3)影响地震定位精度的因素是多方面的,如时间服务系统是否一致、震相识别是否正确、震相读数误差、地壳速度模型是否合适、台站坐标是否精确、台站高程走时是否校正、台站布局是否合理、地球曲率影响是否扣除以及定位程序本身计算引入误差等[5]。

(4)数字遥测地震台网数据处理软件提供的地震定位程序不能解决深远震的定位精度问题。

(5)数字台网使用的地震定位程序定位,在选用参加定位的台站时,须考虑台站的布局、台站时间服务系统,张角尽可能大,这样可提高定位精度。

[1] 赵仲和.多重模型地震定位程序及其在北京台网的应用[J].地震学报,1983,5(2):242-254.

[2] 吕金水,何晓灵,缪维成.广东省地震局地球物理观测研究回顾及设想[J].华南地震,2007,27(3)107-110.

[3] 朱元清,赵仲和.提高地震定位精度新方法的研究[J].地震地磁观测与研究,1997,18(3):59-67.

[4] 贾庆华,陈贵美.国内5.0级以上地震数字记录波形及震相特征分析[J].华南地震,2004,24(3):57-64.

[5] 陈贵美,杨选,刘锦.广东数字地震台网“十五”系统的几种地震定位方法的定位效果分析[J].华南地震,2009,29(1):69-78.

Analysis on Precision of Deferent Earthquake Location Methods in Guangdong Digital Seismic Network

CHEN Gui-mei1,LIU Jin1,LIU Jun1,BIAN Peng-fei2
(1.Earthquake Administration of Guangdong Province,Guangzhou 510070,China;
2.Earthquake Administration of Hebei Province,Shijiazhuang 050022,China)

Based seismic waveform data of Guangdong digital network,through relocating of 62distant earthquakes over 50km to Guangdong province,the three earthquake locating methods used in Guangdong digital seismic network are contrasted with each other.The result shows that to the earthquakes in eastsouthern China,west-northern China,and earthquakes not far from Guangdong area in Indonesia and Japan,all the three earthquake location methods are effective.As to the earthquakes far from China in abroad,the Hyposat method and locSAT method are also effective,but the simplex location method is out of action.

earthquake location;program;seismic data processing;digital seismic network

P315.72

A

1003-1375(2010)01-0059-06

2009-06-15

中国地震局2008年度三结合课题“广东数字遥测地震台网震级偏差研究”

陈贵美(1969-),女(汉族),广东人,广东省地震局工程师,主要从事地震监测工作.E-mail:cgmlhb@hotmail.com